У стані бадьорості мозкові нейрони формують звукові зв’язки для обробки шуму. Під наркозом клітини мозку також реагують на звуки, але не в такий спосіб, з’ясували дослідники. Цікаво, що таламус, який “сортує” звукові подразники, навіть під анестезією залишається активним, але кора ігнорує специфічні вхідні дані, які він надсилає.
У стані бадьорості (білі плями) мозок реагує на звук специфічною активністю нейронів. Під наркозом (зелені смужки) мозок вдається до фонової безперервної активності. Зображення: Joanna Schwenkgrub, Institut Pasteur; Anton Filipchuk, CNRS – Institut Pasteur.
Під час наркозу організм занурюється у глибокий сон. Анестезія вимикає відчуття болю і тиску, щоб хірургічні втручання відбувалися без проблем. Але що у цей час відбувається з нашою свідомістю? Вона також паралізована? Що наш мозок може сприймати у такому стані, а що ні?
У дослідженнях анестезії важливо зважати на безперервну активність нашого мозку. Ділянки мозку, котрі отримують та обробляють чуттєві імпульси, постійно активні, навіть коли сенсорні стимули не надходять взагалі. Наприклад, нейрони, що спеціалізуються на слухових подразниках, “увімкнуті” навіть у цілковитій тиші. Чи означає це, що ми все ще можемо відрізняти звуки навіть під наркозом, тривалий час було незрозуміло.
Команда під керівництвом Антона Філіпчука (Anton Filipchuk) з Університету Париж-Сакле досліджувала це питання за допомогою експериментів на мишах. Учені хотіли з'ясувати, як мозок мишей реагує на звуки, з одного боку, у стані бадьорості, а з іншого – під впливом трьох анестетиків.
Для цього вчені уважніше придивилися до слухової кори тварин – ділянки кори головного мозку, котра обробляє звукові подразники. Науковці програвали тваринам набір із 50 заздалегідь визначених тонів і досліджували, як їхні слухові нейрони реагують на них у стані бадьорості та під анестезією.
Використовуючи спеціальну техніку оптичного запису, команда змогла виміряти активність майже тисячі нейронів у слуховій корі й таламусі – центрі діенцефалону, котрий тісно пов'язаний з корою головного мозку і відіграє важливу роль у передачі подразників. Звуки, котрі програвали піддослідним, відрізнялися складністю та частотою.
Результат: у стані бадьорості звуки активізовували сотні нейронів слухової кори, котрі й обробляли чуттєвий подразник. Ця активність відрізнялася залежно від звуку. Якість слухового стимулу активізовувала різні нервові зв’язки. Так, активність нейронів, що виникала як відповідь на звуки, чітко виділялася на тлі безперервної активності в стані бадьорості. "Кора головного мозку більш креативна, коли не спить, і винаходить нові схеми нейронної активності у відповідь на кожен звук", – пояснив Ален Дестекш (Alain Destexhe), колега Філіпчука. На думку команди, ці мережі скоординованої діяльності є проявом чуттєвого сприйняття.
Але як справа виглядає в мозку під анестезією? Навіть під наркозом слухова кора мишей реагувала на звуки, активуючи зв’язки сотень нейронів. Однак ці асоціації не були специфічними для різних звуків, як це було в стані бадьорості. Натомість зв’язки під час штучного сну були частиною постійної мозкової активності.
“Ми змогли показати, що під анестезією значна частина нейронів втрачає здатність специфічно реагувати на звуки”, – повідомили вчені. Тож мозок має в розпорядженні меншу кількістю придатних до активування нейронів. У результаті він звертається до тих нейронних зв’язків, котрі вже активні під час неспецифічної безперервної діяльності мисленнєвого органу. На думку вчених, така загальна нейронна активність може пояснити, чому миші – і, ймовірно, люди також – під наркозом не можуть розрізняти звуки так добре, як у стані бадьорості.
Однак аналіз також засвідчив, що таламус – воротар для зовнішніх подразників – зберігав свій типовий диференційований патерн відповіді навіть під дією анестезії. “Цей факт свідчить про певну функціональну втрату зв'язку між двома регіонами мозку, оскільки кора під дією анестетика, здається, просто ігнорує відмінності, які зчитує таламус”, –пишуть Філіпчук та його колеги.
На думку вчених, ці різні відповіді слухової кори і таламуса підтверджують, що кора головного мозку та схеми її активності помічають різницю між бадьорістю та наркотичним сном. Це підтверджує, своєю чергою, теорії про те, що втрата свідомості пов'язана з колапсом певних процесів опрацювання інформації, а також втратою функціонального зв'язку в мозку.
Anna Manz
Unter Narkose verarbeitet das Gehirn Geräusche anders
Nature Neuroscience, 2022, doi: 10.1038/s41593-022-01168-5)
09.11.2022